DE102012210743A1

DE102012210743A1 - Leuchtvorrichtung mit lichtsensor

Info

Publication number: DE102012210743A1
Application number: DE201210210743
Authority: DE
Inventors: Krister Bergenek; Meik Weckbecker; Ralph Wirth
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2012-06-25
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2014-01-02

Abstract

Die Leuchtvorrichtung (21) ist mit mehreren Halbleiterlichtquellen (14–16) unterschiedlicher Farbe und mit mindestens einem Lichtsensor (29) ausgerüstet, wobei der mindestens eine Lichtsensor (29) zu den Halbleiterlichtquellen (14–16) beabstandet gegenüberliegend angeordnet ist. Die Leuchtvorrichtung (21) Die Erfindung ist insbesondere anwendbar für Leuchtmodule, Lampen und Leuchten mit hoher Farbstabilität.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung mit mehreren Halbleiterlichtquellen unterschiedlicher Farbe und mit mindestens einem Lichtsensor. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar für Leuchtmodule, Lampen und Leuchten mit hoher Farbstabilität.
LED-Leuchtmodule, welche mit Leuchtdioden (LEDs) unterschiedlicher Farbe aufgebaut sind, weisen keinen konstanten Summenfarbort über ihre Betriebsdauer auf, und zwar aufgrund von temperaturabhängigen Helligkeitsänderungen und einer unterschiedlichen Alterung der LEDs in Abhängigkeit z. B. von dem verwendeten Materialsystem.
Zur Konstanthaltung des Summenfarborts und damit zur Kompensation oder Nachregelung von Helligkeitsänderungen einzelner LEDs wird bisher mittels eines Helligkeits- oder Farbsensors Licht detektiert, welches nach Möglichkeit das Licht aller Lichtquellen gleicher Farbe enthält. Der Helligkeits- oder Farbsensor ist dazu auf der gleichen Leiterplatte angebracht wie die LEDs. Nur in seltenen Fällen lässt sich jedoch eine punktsymmetrische LED-Anordnung mit einem zentralen Sensor realisieren, bei der die Laufwege der Lichtstrahlen einzelner LEDs gleich lang sind und somit zu vergleichbaren Signalstärken an dem Sensor führen, wodurch eine Kompensation zuverlässig durchführbar ist. Vielmehr ist es bekannt, einen Sensor seitlich neben den LEDs hinter einer den Sensor und die LEDs trennenden Wandung anzuordnen. Zur Lichtzuführung ist ein durch die Wandung zu dem Sensor führender Lichtkanal vorgesehen. Hierbei ist es jedoch nachteilig, dass durch den Lichtkanal geführtes Licht einen besonders hohen Lichtanteil von direkt neben dem Lichtkanal angeordneten LEDs aufweist und also lokale Farbabweichungen im Bereich der LEDs eine Messung des Summenfarborts erschweren.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine unabhängig von einer Anordnung der Halbleiterlichtquellen umsetzbare Möglichkeit für eine zuverlässige Bestimmung eines Summenfarborts bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Leuchtvorrichtung mit mehreren Halbleiterlichtquellen unterschiedlicher Farbe und mit mindestens einem Lichtsensor, wobei der mindestens eine Lichtsensor zu den Halbleiterlichtquellen beabstandet gegenüberliegend angeordnet ist.
Diese Leuchtvorrichtung weist den Vorteil auf, dass eine Messung eines Summenfarborts eine Mischlichts von Halbleiterlichtquellen unterschiedlicher Farbe durchgeführt werden kann, welche nicht oder nicht signifikant durch lokale Farbabweichungen aufgrund einer Position der Halbleiterlichtquellen zueinander beeinflusst ist. Dabei wird ausgenutzt, dass durch den Abstand zu den Halbleiterlichtquellen am Ort der (jeweiligen) lichtleitenden Optik bereits eine für eine Messung des Summenfarborts ausreichende Farbmischung des durch die Halbleiterlichtquellen abgestrahlten Lichts erfolgt ist. Auch ist eine Positionierung eines Lichtsensors unabhängig von einer Anordnung der Halbleiterlichtquellen.
Mittels des Lichtsensors kann eine relative Helligkeit der Halbleiterlichtquellen unterschiedlicher Farbe gezielt eingestellt, insbesondere konstant gehalten, werden und einen gewünschten Summenfarborts zu erreichen, insbesondere zu halten. Dazu mag der Lichtsensor signal- oder datentechnisch mit einem Treiber zum Betreiben der Halbleiterlichtquellen verbunden sein, so dass deren Helligkeit in Abhängigkeit von einer Lichtmessung des Lichtsensors einstellbar ist.
Dass der mindestens eine Lichtsensor zu den Halbleiterlichtquellen beabstandet (und) gegenüberliegend angeordnet ist, kann insbesondere bedeuten, dass er zumindest zwei Halbleiterlichtquellen unterschiedlicher Farbe zugewandt ist bzw. auf diese gerichtet ist. Insbesondere mögen sich zwei Halbleiterlichtquellen unterschiedlicher Farbe in seinem Sichtfeld befinden. Dass der mindestens eine Lichtsensor den Halbleiterlichtquellen gegenüberliegend angeordnet ist, mag auch bedeuten, dass der Lichtsensor sich beabstandet entlang einer Hauptabstrahlrichtung oder optischen Achse der Halbleiterlichtquellen befindet. Der mindestens eine Lichtsensor mag sich insbesondere in einem (direkten) Strahlengang von zumindest zwei Halbleiterlichtquellen befinden.
Bevorzugterweise umfassen die Halbleiterlichtquellen mindestens eine Leuchtdiode und/oder mindestens einen Halbleiterlaser. Eine Farbe kann monochrom (z. B. rot, grün, blau usw.) oder multichrom (z. B. weiß) sein. Auch kann das von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle abgestrahlte Licht ein infrarotes Licht (z. B. erzeugt mittels einer IR-LED) oder ein ultraviolettes Licht (z. B. erzeugt mittels einer UV-LED) sein. Die mindestens eine Halbleiterlichtquelle kann mindestens einen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff enthalten (z. B. in Form einer Konversions-LED). Die mindestens eine Halbleiterlichtquelle kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten Halbleiterlichtquelle oder in Form mindestens eines Chips, z. B. LED-Chips, vorliegen. Mehrere Chips können auf einem gemeinsamen Substrat (”Submount”) montiert sein. Die Chips können insbesondere in Nacktchipmontagetechnik (”Chip-on-Board”-Technik; CoB-Technik) montiert sein und dann insbesondere ein Chip-Modul bilden. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z. B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z. B. Polymer-OLEDs) einsetzbar.
Unter mehreren Halbleiterlichtquellen unterschiedlicher Farbe können insbesondere mehrere Halbleiterlichtquellen verstanden werden, von denen mindestens zwei Halbleiterlichtquellen Licht unterschiedlicher Farbe oder spektraler Verteilung emittieren. Die mehreren Halbleiterlichtquellen unterschiedlicher Farbe können insbesondere zwei oder mehrere Gruppen von Halbleiterlichtquellen bilden, wobei Halbleiterlichtquellen der gleichen Gruppe Licht gleicher Farbe abstrahlen und insbesondere gleichartig aufgebaut sein können und Halbleiterlichtquellen unterschiedlicher Gruppen Licht unterschiedlicher Farbe abstrahlen und insbesondere unterschiedlich aufgebaut sein können.
Die Halbleiterlichtquellen können beispielsweise zwei unterschiedliche Farben aufweisen (z. B. minzefarben/grünlichweißfarben und bernsteinfarben im sog. 'Brilliant Mix'), drei unterschiedliche Farben (z. B. rot, grün und blau oder ein Brilliant Mix mit einer zusätzlichen roten Farbe) aufweisen, vier unterschiedliche Farben (z. B. rot, grün und blau und bernsteinfarben) aufweisen oder sogar noch mehr unterschiedliche Farben aufweisen. Die Zahl der Halbleiterlichtquellen kann beispielsweise für jede Farbe unterschiedlich sein oder mag für mindestens zwei Farben gleich sein.
Der mindestens eine Lichtsensor mag genau einen Lichtsensor oder mag mehrere Lichtsensoren umfassen. Der mindestens eine Lichtsensor mag mindestens einen Farbsensor und/oder mindestens einen Helligkeitssensor umfassen.
Der (wellenlängensensitive) Farbsensor weist den Vorteil auf, dass er gleichzeitig Licht unterschiedlicher Wellenlänge auflösen kann. Der Farbsensor mag beispielsweise als eine mit Farbfiltern ausgerüstete Fotodiode (insbesondere Si-Diode) ausgestaltet sein. Insbesondere ein mit Farbfiltern ausgerüsteter Farbsensor mag eine von einem Einfallswinkel des Lichts abhängige Messcharakteristik aufweisen.
Eine farbselektive Helligkeitsmessung mittels des (nicht wellenlängensensitiven) Helligkeitssensors (z. B. einer Fotodiode, insbesondere Si-Diode) kann beispielsweise über eine zumindest teilweise zeitlich unterschiedliche Ansteuerung der Halbleiterlichtquellen erreicht werden, welche dazu z. B. im PWM-Betrieb betreibbar sind. Es ist dann insbesondere möglich, ein Lichtsignal am Helligkeitssensor mit einer Lichtaussendung einer bestimmten Art von Halbleiterlichtquellen gleichzusetzen und entsprechend auszuwerten. Dies ist preiswerter als der Einsatz eines Farbsensors. Auch ist so eine zuverlässige Identifizierung des Lichts unterschiedlicher Halbleiterlichtquellen mit sich signifikant überlappenden Lichtspektren möglich. Zur Ermittlung der Farbkoordinate mittels eines Helligkeitssensors mag auch ein Temperatursensor vorhanden bzw. eingesetzt sein. Insbesondere ein Helligkeitssensor mag praktisch eine von einem Einfallswinkel des Lichts unabhängige Messcharakteristik aufweisen.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Halbleiterlichtquellen an einer Vorderseite mindestens eines Trägers (”Lichtquellen-Träger”) befestigt sind und der mindestens eine Lichtsensor zu dieser Vorderseite beabstandet angeordnet ist, sich also 'vorderseitig' oder 'oberhalb' der Halbleiterlichtquellen des Lichtquellen-Trägers befindet. Der Lichtquellen-Träger mag beispielsweise eine Leiterplatte oder ein Submount sein.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass mindestens ein Lichtsensor so angeordnet und ausgestaltet ist, das Licht aller Halbleiterlichtquellen auf den Lichtsensor fällt.
Es ist eine Ausgestaltung, dass dem mindestens einen Lichtsensor eine lichtleitende Optik vorgeschaltet ist. Dies ergibt den Vorteil, dass eine Menge, Richtung und/oder Winkel des in den zugehörigen Lichtsensor einfallenden Lichts einstellbar ist. Dadurch kann der Lichteinfall insbesondere auch an eine Art des Sensors (z. B. in Bezug auf eine Abhängigkeit seiner Messempfindlichkeit von dem Einfallswinkel des Lichts) angepasst werden. Die lichtleitende Optik kann dem Lichtsensor insbesondere unmittelbar vorgesetzt sein.
Es ist eine Weiterbildung, dass die (jeweilige) lichtleitende Optik durch mindestens zwei Halbleiterlichtquellen unterschiedlicher Farbe zumindest teilweise direkt anstrahlbar ist. Dies kann insbesondere bedeuten, dass die lichtleitende Optik das Licht der mindestens zwei Halbleiterlichtquellen zumindest teilweise aufnehmen und zu dem zugehörigen Lichtsensor führen kann.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass die lichtleitende Optik zu den Halbleiterlichtquellen beabstandet gegenüberliegend angeordnet ist
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die lichtleitende Optik eine röhrenförmige Blende aufweist. So kann ein Einfallswinkel des Lichts auf den Lichtsensor gezielt begrenzt werden, was insbesondere eine Streulichteinkopplung verhindert und eine Messempfindlichkeit eines von dem Einfallswinkel des Lichts signifikant abhängigen Lichtsensors, insbesondere Farbsensors, verbessert.
Dazu ist es eine vorteilhafte Weiterbildung, dass eine Innenseite der röhrenförmigen Blende nur wenig reflektierend oder sogar lichtabsorbierend ausgebildet ist.
Die röhrenförmige Blende kann insbesondere senkrecht auf einen Lichtquellen-Träger der Halbleiterlichtquellen gerichtet sein.
Eine Querschnittsform der röhrenförmigen Blende kann grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein und z. B. kreisförmig, oval, eckig, freiförmig usw. ausgestaltet sein.
Ein Querschnitt der röhrenförmigen Blende kann über eine Länge der Blende gleichförmig sein oder sich alternativ ändern, z. B. sich für eine Aufweitung eines Sichtfelds in Richtung des Trägers oder der Halbleiterlichtquellen aufweiten.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die röhrenförmige Blende ein Sichtfeld aufweist, welches alle Halbleiterlichtquellen und/oder einen diesen nachgeschalteten Diffusor umfasst.
Die röhrenförmige Blende kann insbesondere senkrecht auf einen Lichtquellen-Träger gerichtet sein.
Es ist eine für eine genaue Einstellung des Summenfarborts bevorzugte Weiterbildung, dass die lichtleitende Optik einen Vollkörper (”Lichtsammelkörper”) aufweist. Der Lichtsammelkörper ist in der Lage, aus unterschiedlichen Richtungen auf ihn einfallendes Licht aufzunehmen, wodurch eine Repräsentation oder Beimischung von Licht mehrerer Halbleiterlichtquellen an dem Lichtsensor verbessert werden kann.
Der Lichtsammelkörper kann dazu vielfältig gestaltet sein und ist in seiner Form grundsätzlich nicht beschränkt.
Es ist eine insbesondere für eine begrenzte seitliche und vergleichsweise starke direkte Lichteinstrahlung von den Halbleiterlichtquellen bevorzugte Weiterbildung, dass der Lichtsammelkörper ein zylinderförmiger Körper ist, dessen eine Endfläche in Richtung der Halbleiterlichtquellen bzw. des Trägers gerichtet ist, insbesondere parallel zu der Vorderseite des Trägers gerichtet ist. Der Lichtsensor kann insbesondere an der anderen Endfläche angeordnet sein.
Insbesondere für den Fall, dass der Lichtsammelkörper ein auf einer inneren Totalreflexion (TIR) basierender Lichtleitkörper ist, kann Licht unter einem steilen Einfall in den Lichtsammelkörper einfallen (insbesondere durch eine auf die Halbleiterquellen gerichtete die Endfläche) und zu dem Lichtsensor geleitet werden. An einer seitlichen Mantelfläche überwiegend streifend und z. B. nur zu einem geringeren Teil steil auftreffendes Licht wird nur in seinem steil auftreffenden Anteil in den Lichtsammelkörper eingekoppelt. Steil auf die Mantelfläche auftreffendes Licht mag beispielsweise als von den Halbleitleitlichtquellen emittiertes und dann an einem Reflektor (z. B. Hohlreflektor) reflektiertes Licht sein.
Für einen erhöhten Lichteinfall in den Lichtsammelkörper mag dieser zumindest teilweise eine aufgerauhte Oberfläche aufweisen, so dass auch flach einfallendes Licht einkoppelbar ist.
Eine Querschnittsform des Lichtsammelkörpers kann grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein und z. B. kreiszylinderförmigförmig oder mit ovalem, eckigem, freiförmigen usw. Querschnitt ausgestaltet sein. Ein Querschnitt des Lichtsammelkörpers kann über seine Länge gleichförmig sein oder sich alternativ ändern, sich für eine Aufweitung eines Sichtfelds z. B. in Richtung des Trägers oder der Halbleiterlichtquellen aufweiten oder z. B. auch verjüngen oder eine tonnenartige Form aufweisen.
Es ist eine für eine weiter verbesserte Lichtmischung am Ort des Lichtsensors bevorzugte Ausgestaltung, dass die lichtleitende Optik diffus streuendes Material aufweist. Diese Ausgestaltung weist den weiteren Vorteil auf, dass sie auch dann noch Licht zum Lichtsensor bringen kann, wenn eine Bedingung für eine innere Totalreflexion nicht mehr erfüllt ist. Eine solche diffus streuende lichtleitende Optik kann auch als Diffusoroptik bezeichnet werden und ist nicht auf TIR-Körper beschränkt. Insbesondere mag die lichtleitende Optik zur verbesserten Lichtaufnahme eine aufgerauhte Oberfläche aufweisen.
Das diffus streuende Material mag beispielsweise einem transparenten Grund- oder Matrixmaterial (z. B. Glas oder Kunststoff, insbesondere Silikon, PMMA, COC, PC, Acrylate oder Epoxidharz) beigemischte Streupartikel (z. B. aus Titanoxid, Siliziumoxid usw.) aufweisen. Die Streupartikel weisen bevorzugt einen Durchmesser von 100 Nanometern bis 20 Mikrometern auf. Die Streupartikel und das Matrixmaterial weisen bevorzugt einen unterschiedlichen Brechungsindex auf.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung eine den Halbleiterlichtquellen optisch nachgeschaltete lichtdurchlässige Abdeckung aufweist und der mindestens eine Lichtsensor an der Abdeckung angeordnet ist. Die Abdeckung kann die Leuchtvorrichtung insbesondere zu deren Schutz vor einem Eindringen von Schmutz usw. abdichten. Die Abdeckung kann beispielsweise ein Deckel o. ä. sein. Die Abdeckung kann beispielsweise plattenförmig oder scheibenförmig ausgebildet sein. Ferner kann durch die Abdeckung ein besonders großer Abstand des Lichtsensors zu den Halbleiterlichtquellen und folglich eine besonders gute Lichtmischung erreicht werden. Zudem ist so eine vergleichsweise einfache Montage des Lichtsensors möglich.
Die lichtdurchlässige Abdeckung mag transparent oder transluzent (diffus streuend) aufgebildet sein.
Die lichtdurchlässige Abdeckung mag insbesondere im Bereich (in oder in Nähe) einer Lichtaustrittsöffnung eines Reflektors, insbesondere Hohlreflektors, angeordnet sein. Die lichtdurchlässige Abdeckung mag insbesondere auf den Reflektor aufgeklebt, aufgeschnappt oder aufgerastet sein.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass der Lichtsensor an einer Vorderseite eines Trägers (”Lichtsensor-Träger”) angeordnet ist und der Lichtsensor-Träger mit seiner Rückseite an einer den Halbleiterlichtquellen zugewandten Seite der Abdeckung angeordnet ist. Dies ermöglicht eine einfache Montage und preiswerte Herstellung. Der Lichtsensor-Träger kann beispielsweise an die Abdeckung angeklebt oder dort verrastet sein.
Es ist eine Weiterbildung, dass an der Abdeckung mindestens eine elektrische Leitung zur elektrischen Verbindung des Lichtsensors angeordnet ist. Diese kann zur elektrischen Versorgung des Lichtsensors und/oder zur Datenübermittlung von oder an den Lichtsensor genutzt werden.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass die lichtdurchlässige Abdeckung mittels eines lichtdurchlässigen Trägers, insbesondere Leiterplatte, des Lichtsensors gebildet ist. Dies ermöglicht eine besonders einfache Montage der Leuchtvorrichtung.
Es ist eine Weiterbildung, dass an dem lichtdurchlässigen Träger mindestens eine Leiterbahn zur elektrischen Verbindung des Lichtsensors vorhanden ist. Diese kann zur elektrischen Versorgung des Lichtsensors und/oder zur Datenübermittlung von oder an den Lichtsensor genutzt werden. Die elektrisch leitfähige Leiterbahn kann selbst lichtdurchlässig sein, z. B. aus ITO bestehen, wodurch eine Lichtabschattung besonders gering gehalten werden kann.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung einen die Halbleiterlichtquellen seitlich umgebenden Reflektor aufweist und mindestens ein Lichtsensor im Bereich einer Lichtaustrittsöffnung des Reflektors angeordnet ist. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass sie einen hohen Abstand des Lichtsensors zu den Halbleiterlichtquellen und zudem eine erhöhte Lichtausbeute sowie eine Strahlformung ermöglicht.
Die Lichtaustrittsöffnung mag durch eine lichtdurchlässige Abdeckung abgedeckt oder mag offen sein.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Reflektor ein Hohlreflektor ist, z. B. ein parabolischer Reflektor. Die Halbleiterlichtquellen können sich dann insbesondere im Bereich einer der Lichtaustrittsöffnung gegenüberliegenden Halsöffnung des Hohlreflektors befinden.
Es ist auch eine Weiterbildung, dass der Reflektor ein ringförmiger oder kegelförmiger Reflektor ist.
Für eine erhöhte Lichtausbeute mag auch eine Fläche zwischen den Halbleiterlichtquellen (diffus oder spekular) reflektierend ausgebildet sein.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass den Halbleiterlichtquellen eine gemeinsame Durchlichtoptik, insbesondere Konzentrator, nachgeschaltet ist und der Lichtsensor mit der Durchlichtoptik optisch gekoppelt ist. Diese Ausgestaltung ergibt den Vorteil, dass auf eine einfache Weise eine Messung des Summenfarborts der Durchlichtoptik ermöglicht wird.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass ein Lichtsensor in einer Aussparung der Durchlichtoptik eingebracht ist. Dadurch kann der Lichtsensor geschützt positioniert werden, und eine Lichtauskopplung aus der Durchlichtoptik zu dem Lichtsensor (z. B. durch eine Aufrauhung der Oberfläche im Bereich des Lichtsensors) ist einfach umsetzbar.
Es ist insbesondere eine Ausgestaltung für den Fall, dass dem mindestens einen Lichtsensor eine röhrenförmige Blende vorgeschaltet ist, dass die röhrenförmige Blende außenseitig verspiegelt ist und in der Aussparung eingesetzt ist. So wird ein Lichtverlust durch Absorption an der Außenseite der Blende verhindert und dennoch eine hochgradig gleichgerichtete Lichteinstrahlung in den Lichtsensor ermöglicht.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine Lichtsensor auf einem Lichtsensor-Träger angeordnet ist, welcher Lichtsensor-Träger mindestens ein elektrisches und/oder elektronisches Bauteil, insbesondere Signalverstärker, aufweist. Dadurch kann eine Qualität einer Signalübertragung, insbesondere Datenübertragung mit einfachen Mitteln verbessert werden.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Träger ein doppelseitig bestückter Träger ist, welcher mindestens einen Lichtsensor an einer Vorderseite und mindestens ein elektrisches und/oder elektronisches Bauteil an seiner Rückseite aufweist. Der Träger mag zur elektrischen Verbindung seiner Vorderseite und seiner Rückseite z. B. Durchkontaktierungen (”Vias”) aufweisen.
Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass die Halbleiterlichtquellen auf einem gemeinsamen Lichtquellen-Träger angeordnet und mit Vergussmasse bedeckt sind. Diese Leuchtvorrichtung weist den Vorteil auf, dass die Halbleiterlichtquellen hochgradig geschützt sind, was sich insbesondere für eine Verwendung von Nacktchips eignet. Insbesondere mögen die Halbleiterlichtquellen, der Lichtquellen-Träger und die Vergussmasse separat als eine Lichterzeugungseinheit oder Lichtgenerator (”Light Engine”) hergestellt werden. Die Anordnung der Halbleiterlichtquellen auf dem gemeinsamen Lichtquellen-Träger erleichtert deren Bestückung.
Die Vergussmasse mag insbesondere ein transparentes Matrix- oder Grundmaterial, z. B. Silikon, Epoxidharz, Polymethylmethacrylat (PMMA), Cyclo-Olefin-Copolymer (COC) oder Polycarbonat (PC), sein. Bei einer transluzenten Vergussmasse mag das Grundmaterial insbesondere lichtstreuende Teilchen oder Partikel (z. B. aus Aluminiumoxid, Titanoxid usw., aber auch Hohlkörper usw.) als Füllmaterial aufweisen.
Der Lichtquellen-Träger mag beispielsweise eine Leiterplatte (insbesondere Metallkernplatine) oder ein Keramikträger (z. B. ein Submount) sein.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass die Halbleiterlichtquellen seitlich umlaufend von einer seitlichen Wandung umgeben sind. Die seitliche Wandung und der Lichtquellen-Träger können ein Vergussgefäß für die Vergussmasse bilden. Die seitliche Wandung kann innenseitig (in Richtung der Halbleiterlichtquellen) reflektierend ausgebildet sein, um eine Lichtausbeute zu erhöhen.
Die Vergussmasse mag einlagig oder mehrlagig sein. Die Vergussmasse bzw. mindestens eine Lage davon mag transparent sein. Alternativ oder zusätzlich mag die Vergussmasse bzw. mindestens eine Lage davon diffus streuend oder transluzent sein, um eine Lichtmischung zu unterstützen. Es wird für eine effektive Lichtmischung bevorzugt, dass die Vergussmasse mindestens zweilagig ist, wobei die Halbleiterlichtquellen bzw. deren Emitterflächen von einer transparenten Lage bedeckt sind, welche von einer transluzenten Lage bedeckt ist.
Eine Leuchtvorrichtung, die mindestens eine solche Lichterzeugungseinheit aufweist, mag beispielsweise ein Modul (”Leuchtmodul”), eine Lampe (z. B. eine Retrofitlampe) oder eine Leuchte sein.
Der Lichterzeugungseinheit mag insbesondere ein Reflektor optisch nachgeschaltet sein, z. B. wie bereits oben beschrieben. Der Reflektor mag insbesondere ein Hohlreflektor sein wobei die Lichterzeugungseinheit sich insbesondere im Bereich einer Halsöffnung des Hohlreflektors befinden kann.
Die Leuchtvorrichtung kann insbesondere ein Leuchtmodul sein, aber z. B. auch eine Lampe oder eine Leuchte. Die Lampe oder Leuchte mag insbesondere eine oder mehrere Lichterzeugungseinheiten aufweisen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Lichterzeugungseinheit oder Lichtgenerator einer Leuchtvorrichtung;
2 zeigt die Lichterzeugungseinheit in Draufsicht;
3 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Leuchtvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit der Lichterzeugungseinheit;
4 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Leuchtvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit der Lichterzeugungseinheit;
5 zeigt in Draufsicht eine mögliche Abdeckung einer Leuchtvorrichtung;
6 zeigt in Draufsicht eine weitere mögliche Abdeckung einer Leuchtvorrichtung;
7 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Leuchtvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel mit der Lichterzeugungseinheit;
8 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen Lichtsensor mit vorgeschalteter lichtleitender Optik gemäß einer ersten Variante;
9 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen Lichtsensor mit vorgeschalteter lichtleitender Optik gemäß einer zweiten Variante;
10 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen Lichtsensor mit vorgeschalteter lichtleitender Optik gemäß einer dritten Variante; und
11 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen Lichtsensor mit vorgeschalteter lichtleitender Optik gemäß einer vierten Variante.
1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen beispielhaft nutzbaren Lichterzeuger oder Lichterzeugungseinheit 11 einer Leuchtvorrichtung (wie z. B. weiter unten genauer beschrieben). 2 zeigt die Lichterzeugungseinheit 11 in Draufsicht. Die Lichterzeugungseinheit 11 mag insbesondere separat hergestellt sein.
Die Lichterzeugungseinheit 11 weist einen gemeinsamen Träger (”Lichtquellen-Träger”) in Form einer Leiterplatte 12 auf, an deren Vorderseite 13 mehrere Halbleiterlichtquellen unterschiedlicher Farbe in Form von rot strahlenden LED-Chips 14, grün strahlenden LED-Chips 15 und blau strahlenden LED-Chips 16 angeordnet sind. Beispielsweise die grün strahlenden LED-Chips 15 können blau strahlende LED-Chips 16 mit einer zusätzlichen blau/grün-konvertierenden Leuchtstoffschicht (o. Abb.) sein. Die LEDs 14 bis 16 insbesondere mittels eines Chip-on-Board-Verfahrens aufgebracht worden sein. Dabei können die LED-Chips 14 bis 16 beispielsweise durch Drahtbonden oder eine Flip-Chip-Technik mit der Leiterplatte 12 elektrisch verbunden sein.
Den LEDs 14 bis 16 ist ein gemeinsamer Diffusor 17 in Form einer zweilagigen Vergussmasse nachgeschaltet. Die Vergussmasse des Diffusors 17 umfasst eine untere Lage aus transparenter Vergussmasse 17a, in welche die LED-Chips 14 bis 16 eingebettet sind, und eine darauf angeordnete obere Lage aus diffus streuender Vergussmasse 17b. Die transparente Vergussmasse 17a mag beispielsweise transparentes Silikon, PC, PMMA, COC oder Epoxydharz als Grund- oder Matrixmaterial aufweisen. Die Die diffus streuende oder transluzente Vergussmasse 17b mag beispielsweise transparentes Silikon, PC, PMMA, COC oder Epoxydharz als Grund- oder Matrixmaterial aufweisen, in welches Streupartikel z. B. in Form von Aluminiumoxid, Siliziumoxid und/oder Titanoxid als Füllmaterial eingebettet sind.
Auf der Vorderseite 13 der Leiterplatte 12 ist eine die LED-Chips 14 bis 16 umlaufend umgebende seitliche Wandung 18 in Form eines hohlzylindrischen Rohrs (mit einem z. B. kreisförmigen, quadratischen oder polygonzugartigen Querschnitt) aufgesetzt. Die Leiterplatte 12 und die seitliche Wandung 18 bilden dadurch ein Gefäß zur oberseitigen Einfüllung und Aufnahme der Vergussmasse 17 bzw. der Vergussmassen 17, 17b.
Während eines Betriebs der Leuchtvorrichtung 11 strahlen die LED-Chips 14 bis 16 ihr Licht in die Vergussmasse 17 ein, wo das Licht gemischt wird und zumindest größtenteils an einer freien Oberfläche 19 als (gemischtes, z. B. weißes) Nutzlicht austritt. Zur Erlangung einer hohen Lichtausbeute ist eine Innenseite 18a der seitlichen Wandung 18 diffus reflektierend ausgebildet, z. B. weiß beschichtet mit Aluminiumoxid, Siliziumoxid oder Titanoxid. Zum gleichen Zweck ist auch die Vorderseite 13 der Leiterplatte 12 (zumindest außerhalb der Bestückplätze der LED-Chips 14 bis 16) diffus reflektierend beschichtet. Eine Reflektivität der Innenseite 18a der seitlichen Wandung 18 und der Vorderseite 13 der Leiterplatte beträgt hier mehr als 90%.
Das gemischte Nutzlicht weist idealerweise einen über die Fläche der freien Oberfläche 19 gleichen Summenfarbort auf. Jedoch kann es beispielsweise aufgrund einer unterschiedlichen Temperaturabhängigkeit der LED-Chips 14 bis 16 und/oder aufgrund altersabhängiger Degradationseffekte zu einer globalen und/oder lokalen Änderung des Summenfarborts kommen.
3 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Leuchtvorrichtung 21 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit der Lichterzeugungseinheit 11. Die Lichterzeugungseinheit 11 ist an einer Vorderseite 22 eines Trägers 23, z. B. einer Leiterplatte, angeordnet und von einem Hohlreflektor 24 umgeben. Die Lichterzeugungseinheit 11 ist dabei in einem Bereich einer (kleineren) Halsöffnung 25 des Hohlreflektors 24 angeordnet und dient dazu, Mischlicht L aus einer (größeren) Lichtaustrittsöffnung 26 auszustrahlen, und zwar direkt (wie durch den Lichtstrahl L1 angedeutet) oder an dem Hohlreflektor 24 reflektiert (wie durch den Lichtstrahl L2 angedeutet). Der Hohlreflektor 24 ist im Bereich seiner Lichtaustrittsöffnung 26 von einer lichtdurchlässigen Abdeckung 27 abgedeckt.
An einer Innenseite 28 der Abdeckung 27 ist ein Lichtsensor 29 über einen Träger (”Lichtsensor-Träger”) 30 befestigt. Mit seiner vorderseitigen Messseite ist der Lichtsensor 29 auf die Lichterzeugungseinheit 11 gerichtet. Vorderseitig ist dem Lichtsensor 29 eine lichtleitende Optik in Form einer röhrenförmigen Blende 31 vorgeschaltet. Die röhrenförmige Blende 31 ist endseitig offen und mantelseitig an ihrer Außenseite 31a reflektierend und an ihrer Innenseite 31i absorbierend ausgebildet. Auf die Außenseite 31a fallendes Licht L3 wird folglich reflektiert und kann durch die an der Lichtaustrittsöffnung 26 angeordnete Abdeckung 27 austreten, was einen Lichtverlust gering hält. In die röhrenförmigen Blende 31 endseitig eintretendes Licht L4 kann entweder auf den Lichtsensor 29 gelangen oder wird an der Innenseite 31i absorbiert. Dadurch wird erreicht, dass auf den Lichtsensor 29 einfallendes Licht L4 zumindest im Wesentlichen senkrecht auftrifft, was eine Messgenauigkeit insbesondere bei einem winkelabhängig detektierenden Lichtsensor 29 (z. B. einem Farbsensor) hoch hält. Es wird besonders bevorzugt, dass ein Sichtfeld des Lichtsensors 29 durch die röhrenförmige Blende 31 die Lichterzeugungseinheit 11 vollständig umfasst.
4 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Leuchtvorrichtung 41 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit der Lichterzeugungseinheit 11. Die Leuchtvorrichtung 41 ist ähnlich der Leuchtvorrichtung 21 aufgebaut, wobei jedoch nun dem Lichtsensor 29 eine lichtleitende Optik in Form eines Lichtsammelkörpers 42 vorgeschaltet ist. Steil in eine auf die Lichterzeugungseinheit 11 gerichtete Endfläche 43 einfallendes Licht L4, das direkt von der Lichterzeugungseinheit 11 kommt, wird in den Lichtsammelkörper 42 eingekoppelt und an der gegenüberliegenden Endfläche, die an dem Lichtsensor 29 angeordnet ist, wieder ausgekoppelt. An der mantelflächigen Außenseite 44 des Lichtsensors 29 kann darauf auftreffendes Licht L3 teilweise reflektiert und teilweise eingekoppelt und dann zu dem Lichtsensor 29 geführt werden. Dadurch kann der Lichtsensor 29 Licht aus einem größeren Raumwinkel detektieren, was eine Messgenauigkeit erhöhen mag.
Die Leuchtvorrichtungen 21, 41 können z. B. LED-Leuchtmodule oder LED-Lampen sein.
5 zeigt in Draufsicht eine mögliche Abdeckung 27, 45 einer Leuchtvorrichtung, z. B. 21 oder 41. Die Abdeckung 45 weist eine kreisförmige lichtdurchlässige Abdeckplatte 46 auf, die an dem Hohlreflektor 24 angebracht ist, z. B. durch Verkleben, Verrasten, Verklemmen usw. Der Lichtsensor-Träger 30 ist mit seiner Rückseite 47 mittig an der Innenseite 28 der Abdeckplatte 46 angebracht, z. B. angeklebt. Zur elektrischen Kontaktierung des in dieser Darstellung an der abgewandten Seite des Lichtsensor-Trägers 30 angeordneten Lichtsensors 29 weist der Lichtsensor-Träger 30 hier zwei Durchkontaktierungen 48 auf. Die Durchkontaktierungen 48 sind vorderseitig mit dem Lichtsensor 29 und rückseitig mit zwei elektrischen Leitungen 49 verbunden. Die elektrischen Leitungen 49 verlaufen auf der Abdeckplatte 46, z. B. an der Innenseite 28 oder an der dazu entgegengesetzten Außenseite. Die elektrischen Leitungen 49 dienen einer elektrischen Versorgung und/oder Datenübertragung des Lichtsensors 29 und mögen beispielsweise an einen Treiber (o. Abb.) zum Betreiben der LED-Chips 14 bis 16 gekoppelt sein. An der Rückseite 47 des Lichtsensor-Trägers 30 mag auch mindestens ein elektrischer oder elektronischer Baustein 50 zur Signalverarbeitung, z. B. Signalverstärkung, vorhanden sein, insbesondere in Flachbauweise.
6 zeigt in Draufsicht eine weitere mögliche Abdeckung 27, 51 einer Leuchtvorrichtung, z. B. 21 oder 41. Hier wird die Abdeckung 51 durch einen lichtdurchlässigen Lichtsensor-Träger 52 (z. B. aus Glas) gebildet, welcher die Funktion der Abdeckplatte 46 der Abdeckung 45 zum Schutz der Lichterzeugungseinheit 11 usw. übernimmt. Der Lichtsensor 29 ist direkt an einer Unterseite des Lichtsensor-Träger 52 angeordnet und durch Leiterbahnen 53 elektrisch verbunden. Die Leiterbahnen 53 können ebenfalls lichtdurchlässig sein, z. B. aus ITO bestehen. Auf die eigenständige Abdeckplatte 46 kann also verzichtet werden.
7 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Leuchtvorrichtung 61 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel mit der Lichterzeugungseinheit 11.
Im Gegensatz zu den Leuchtvorrichtungen 21, 41 wird das von der Lichterzeugungseinheit 11 erzeugte Mischlicht nicht mittels eines Hohlreflektors 24 geformt, sondern der Lichterzeugungseinheit 11 und damit den LED-Chips 14 bis 16 ist eine gemeinsame Durchlichtoptik 62 nachgeschaltet, hier in Form eines Konzentrators, worauf sie jedoch grundsätzlich nicht beschränkt ist.
Der Lichtsensor 29 ist mit der Durchlichtoptik 62 optisch gekoppelt und dazu in einer der Lichterzeugungseinheit 11 gegenüberliegenden Aussparung 63 der Durchlichtoptik 62 eingebracht. So kann ein hoher Anteil von unter einem steilen Winkel auf den Lichtsensor 29 einfallenden Lichts L bereitgestellt werden.
Falls ein Winkel des einfallenden Lichts L beschränkt werden soll, kann auch hier dem Lichtsensor 29 eine lichtleitende Optik in Form z. B. einer röhrenförmigen Blende 31 vorgeschaltet sein. Die röhrenförmigen Blende 31 ist außenseitig verspiegelt und vor dem Lichtsensor 29 in der Aussparung 63 eingesetzt.
8 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht den Lichtsensor 29 mit der vorgeschalteten lichtleitenden Optik in Form der (hohlzylindrischen) röhrenförmigen Blende 31.
9 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen Lichtsensor 29 mit vorgeschalteter lichtleitender Optik in Form eines Lichtsammelkörpers 64, welcher aus transluzentem, diffus streuendem Material besteht. Dies mag einen Lichtstrom zu dem Lichtsensor 29 erhöhen. Eine Außenseite 43 und/oder 44 des Lichtsammelkörpers 64 mag glatt oder rau sein. Der Lichtsammelkörper 64 mag ein TIR-Körper sein. Der Lichtsammelkörper 64 mag alternativ aus transparentem Material bestehen und insbesondere ein TIR-Körper sein.
10 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen Lichtsensor 29 mit vorgeschalteter lichtleitender Optik, welche einen Lichtsammelkörper 64 und eine röhrenförmige Blende 31 aufweist. Licht, z. B. des Lichterzeugers 11, mag dann zunächst auf den Lichtsammelkörper 64 fallen und von diesem der optisch nachgeschalteten röhrenförmigen Blende 31 und dann dem Lichtsensor 29 zugeführt werden. Dieses Ausführungsbeispiel kann einen hohen Lichtstrom mit steilem Einfallswinkel auf den Lichtsensor 29 kombinieren.
11 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen Lichtsensor 29 mit vorgeschalteter lichtleitender Optik in Form eines Lichtsammelkörpers 65. Der Lichtsammelkörpers 65 ist ähnlich dem Lichtsammelkörper 64 ausgestaltet, weist jedoch nun einen über seine Länge ändernden Querschnitt auf und verengt sich wie hier gezeigt beispielsweise kegelstumpfförmig in Richtung der Lichterzeugungseinheit 11.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die gezeigten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

11: Lichterzeugungseinheit
12: Leiterplatte
13: Vorderseite der Leiterplatte
14: rot strahlender LED-Chip
15: grün strahlender LED-Chip
16: blau strahlender LED-Chip
17: Diffusor
17a: transparente Vergussmasse
17b: diffus streuende Vergussmasse
18: seitliche Wandung
18a: Innenseite der seitlichen Wandung
19: freie Oberfläche des Diffusors
21: Leuchtvorrichtung
22: Vorderseite eines Trägers
23: Träger
24: Hohlreflektor
25: Halsöffnung
26: Lichtaustrittsöffnung
27: lichtdurchlässige Abdeckung
28: Innenseite der lichtdurchlässigen Abdeckung
29: Lichtsensor
30: Lichtsensor-Träger
31: röhrenförmige Blende
31a: Außenseite der röhrenförmigen Blende
31i: Innenseite der röhrenförmigen Blende
41: Leuchtvorrichtung
42: Lichtsammelkörper
43: Endfläche des Lichtsammelkörpers
44: Außenseite des Lichtsammelkörpers
45: Abdeckung
46: Abdeckplatte
47: Rückseite des Lichtsensor-Trägers
48: Durchkontaktierung
49: elektrische Leitung
50: elektrischer oder elektronischer Baustein
51: Abdeckung
52: Lichtsensor-Träger
53: Leiterbahn
61: Leuchtvorrichtung
62: Durchlichtoptik
63: Aussparung der Durchlichtoptik
64: Lichtsammelkörper
65: Lichtsammelkörper
L: Mischlicht

Claims

Leuchtvorrichtung (21; 41; 61) mit mehreren Halbleiterlichtquellen (14–16) unterschiedlicher Farbe und mit mindestens einem Lichtsensor (29), wobei der mindestens eine Lichtsensor (29) zu den Halbleiterlichtquellen (14–16) beabstandet gegenüberliegend angeordnet ist.
Leuchtvorrichtung (21; 41; 61) nach Anspruch 1, wobei dem mindestens einen Lichtsensor (29) eine lichtleitende Optik (31; 42; 64; 65) vorgeschaltet ist.
Leuchtvorrichtung (21; 61) nach Anspruch 2, wobei die lichtleitende Optik (31; 42; 64; 65) eine röhrenförmige Blende (31) aufweist.
Leuchtvorrichtung (41) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die lichtleitende Optik (31; 42; 64; 65) einen Lichtsammelkörper (42; 64; 65) aufweist.
Leuchtvorrichtung (41) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die lichtleitende Optik (64; 65) diffus streuendes Material aufweist.
Leuchtvorrichtung (21; 41; 61) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leuchtvorrichtung (21; 41; 61) eine den Halbleiterlichtquellen (14–16) optisch nachgeschaltete lichtdurchlässige Abdeckung (27, 45; 27, 51) aufweist und der mindestens eine Lichtsensor (29) an der Abdeckung (27, 45; 27, 51) angeordnet ist.
Leuchtvorrichtung (21) nach Anspruch 6, wobei der Lichtsensor (29) an einer Vorderseite eines Lichtsensor-Trägers (30) angeordnet ist und der Lichtsensor-Träger (30) mit seiner Rückseite an einer den Halbleiterlichtquellen (14–16) zugewandten Seite (28) der Abdeckung (27, 45) angeordnet ist.
Leuchtvorrichtung (41) nach Anspruch 6, wobei die lichtdurchlässige Abdeckung (27, 51) mittels eines lichtdurchlässigen Trägers (52), insbesondere Leiterplatte, des Lichtsensors (29) gebildet ist.
Leuchtvorrichtung (21; 41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leuchtvorrichtung (21; 41) mindestens einen die Halbleiterlichtquellen (14–16) seitlich umgebenden Reflektor (24) aufweist und mindestens ein Lichtsensor (29) im Bereich einer Lichtaustrittsöffnung (26) des Reflektors (24) angeordnet ist.
Leuchtvorrichtung (61) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei den Halbleiterlichtquellen (14–16) eine gemeinsame Durchlichtoptik (62), insbesondere Konzentrator, nachgeschaltet ist und der Lichtsensor (29) mit der Durchlichtoptik (62) optisch gekoppelt ist.
Leuchtvorrichtung (61) nach Anspruch 10, wobei ein Lichtsensor (29) in einer Aussparung (63) der Durchlichtoptik (62) eingebracht ist.
Leuchtvorrichtung (61) nach einer Kombination von Anspruch 3 und Anspruch 10, wobei die röhrenförmige Blende (31) außenseitig verspiegelt ist und in der Aussparung (63) eingesetzt ist.
Leuchtvorrichtung (21; 41; 61) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Lichtsensor (29) auf einem Lichtsensor-Träger (30) angeordnet ist, welcher Lichtsensor-Träger (30) mindestens ein elektrisches und/oder elektronisches Bauteil (50), insbesondere Signalverstärker, aufweist.
Leuchtvorrichtung (21; 41; 61) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Halbleiterlichtquellen (14–16) auf einem gemeinsamen Lichtquellen-Träger (12) angeordnet und mit Vergussmasse (17, 17a, 17b) bedeckt sind.